background image

www.geologicacarpathica.sk

GEOLOGICA CARPATHICA, AUGUST 2010, 61, 4, 327—339                                              doi: 10.2478/v10096-010-0019-y

Post-magmatic hydrothermal mineralization associated with

Cretaceous picrite (Outer Western Carpathians, Czech

Republic): interaction between host rock and externally

derived fluid

ZDENĚK DOLNÍČEK , TOMÁŠ URUBEK and KAMIL KROPÁČ

Department of Geology, Palacký University, Tř. 17. listopadu 12, 771 46 Olomouc, Czech Republic;   dolnicek@prfnw.upol.cz

(Manuscript received November 20, 2009; accepted in revised form March 11, 2010)

Abstract: Mineralogy, fluid inclusions, C, O, S, Sr isotopes and trace elements have been studied in amygdule and vein
mineralization hosted by the Lower Cretaceous effusive picrite at Hončova hůrka (Silesian Unit, Flysch Belt of the Outer
Western  Carpathians).  Besides  dominating  dolomite,  magnesite,  siderite,  quartz,  calcite,  chlorite,  glauconite,  fluorite,
barite, pyrite and millerite were also identified. The parent fluids are characterized by low temperatures (< 50—170 °C), low
salinities (0.4 to 3.7 wt. % NaCl eq.), low content of strong REE-complexing ligands, 

δ

18

O, 

δ

13

C and 

δ

34

S ranges of

0/+ 14 ‰ SMOW, 0/—9 ‰ PDB and ~ 0 ‰ CDT, respectively, and initial 

87

Sr/

86

Sr ratios much more radiogenic (0.7060 to

0.7068) than those of host picrite (0.7042 and 0.7046). The fluids are interpreted to be predominantly of external origin,
derived from mixing of seawater with diagenetic waters produced by dewatering of clay minerals in the associated flysch
sediments. The isotope and REE signatures indicate interaction of at least a part of fluids with sedimentary carbonates. The
interaction of fluids with host picrite led to strong alteration of rock-forming minerals and leaching of some elements (Mg,
Ni, S, partly also REE) that widely participated during precipitation of vein- and amygdule-hosted mineral phases.

Key words: Outer Western Carpathians, stable isotopes, strontium isotopes, fluid-rock interaction, veins, fluid inclusions,
amygdules, REE, picrite.

Introduction

The  mafic  and  alkaline-to-subalkaline  igneous  rocks  of  the
teschenite  association  are  widespread  in  the  area  between
Hranice in the Czech Republic and Bialsko-Biała in Poland,
which belongs to the Silesian Unit of the Outer Western Car-
pathians  (Fig. 1).  The  magmatic  rocks  forming  sills,  dikes,
submarine  extrusions  and  pillow  lavas  are  classified  as  te-
schenites, picrites, monchiquites and alkaline basalts (Pacák
1926;  Smulikowski  1929;  Kudělásková  1987;  Hovorka  &
Spišiak  1988).  Although  these  rocks  were  the  subject  of
long-lasting scientific interest (the term “teschenite” was de-
fined precisely in this area in the second half of the 19

th

 cen-

tury), many aspects of their origin remain unresolved.

A typical feature of these rocks is the intense hydrothermal

alteration, characterized by pervasive chloritization, serpenti-
nization, carbonatization, silicification and zeolitization of pri-
mary  magmatic  mineral  phases  (Pacák  1926;  Šmíd  1962;
Trundová 2004). Besides the alteration of rock-forming min-
erals, also amygdule fill and mineral veins developed in mag-
matic rocks at many sites. The hydrothermal assemblages are
formed mainly by carbonates, chlorite, quartz, opal or chalce-
dony, locally also zeolites and/or sulphides occur (Bernard et
al. 1981; Sušeň 2000; Urubek 2009). The source of mineraliz-
ing fluids is still under debate. Considering the geological po-
sition  of  the  magmatic  suite,  the  earlier  researchers  (Pacák
1926;  Šmíd  1962)  proposed  seawater  as  the  main  source  of
fluids (cf. also Kiss et al. 2008), which can be possibly com-
bined with magmatic waters remaining after crystallization of

host igneous rocks. However, the hypothesis has not been sup-
ported  by  relevant  data.  Recently,  Dolníček  et  al.  (2010)
showed that magmatic fluids were responsible only for early
mineralization of titanite, aegirine-augite, annite, strontian ap-
atite  and  analcime,  whereas  the  younger  assemblage  of
carbonates, chlorite, quartz and sulphides precipitated from an
externally derived fluid supplied by the surrounding sedimen-
tary sequences.

In  this  contribution  we  characterize  mineralogically  and

genetically  the  hydrothermal  mineralization  from  well-
known  mineralogical  site  at  Hončova  hůrka  Hill.  The
mineralogical  study  extends  early  descriptive  papers  by
Rusek & Valošek (1968) and Kudělásková et al. (1990). Fur-
thermore, our study is supplemented by trace element, fluid
inclusion,  and  C,  O,  S  and  Sr  isotope  data  enabling  a  more
complex evaluation of the origin of the mineralization.

Geological setting

The study area is situated in the Outer Western Carpathians,

an  external  part  of  the  Alpine-type  orogenic  belt  of  the
Western  Carpathians  (Plašienka  et  al.  1997).  The  Externides
consist  of  Middle-to-Upper  Miocene  Molasse  Basin  of  the
Carpathian  Foredeep,  and  Upper  Jurassic-to-Early  Miocene
fold-and-thrust Flysch Belt, representing the Tertiary accre-
tionary  wedge  of  the  Carpathian  orogen.  In  the  NE  part  of
the  Czech  Republic,  the  Flysch  Belt  is  subdivided  into  the
Subsilesian, Silesian and Magura Nappes, listed from tectonic

background image

328

DOLNÍČEK, URUBEK and KROPÁČ

foot-wall to hanging-wall (Fig. 1). The studied locality is situ-
ated in the Silesian Unit consisting mainly of Upper Jurassic-
to-Upper Oligocene marine sediments (Eliáš 1970). The basal
carbonate-rich  rocks  (Těšín  Limestone  of  the  Late  Jurassic-
Early  Cretaceous  age)  are  followed  by  rhythmic  and  cyclic
flysch  sedimentation  of  claystones,  sandstones,  and  rare
conglomerates  of  Early  Cretaceous  to  Late  Oligocene  age.
Locally, siderite horizons are present in claystone-rich cycles
(e.g.  Hradiště  Formation,  Veřovice  Formation),  layers  of
dark organic-rich biogenic silicite (Menilite Formation) and
bodies of teschenite rocks association (Hradiště Formation).
The  whole-rock  sequence  was  folded  and  thrusted  towards
the  NW  (over  the  SE  part  of  the  Bohemian  Massif,  Fig. 1)
during the Alpine Orogeny in Paleocene—Miocene times.

Based on the field and geochronological evidence (Lucińska-

Anczkiewicz  et  al.  2002;  Grabowski  et  al.  2003),  the  intru-
sion  of  the  teschenite  rock  association  was  coeval  with
sedimentation of the Lower Cretaceous Hradiště Formation.
The  mostly  mafic  quartz-free  alkaline-to-subalkaline  rocks
are very variable in texture, mineral composition and chem-
istry, which is interpreted as a result of fractional crystalliza-
tion, mixing of magmas of different origins, assimilation of
sedimentary  rocks  and  post-magmatic  alterations  (Kudělás-
ková 1987; Hovorka & Spišiak 1988; Dostal & Owen 1998;
Wlodyka & Karwowski 2004). In general, the most primitive
rocks  are  picrites,  and  the  most  evolved  and  fractionated  are
teschenites. The rocks have high concentrations of incompati-
ble elements (Ti, P, Zr, LREE) and low contents of compatible
trace elements (Cr, V). The interpretation of their geotectonic
setting  is  not  conclusive.  Narębski  (1990)  and  Spišiak  &
Hovorka  (1997)  stated  their  geochemical  affinity  to  within-
plate basalts generated during the early rifting in the Silesian

Unit.  By  contrast,  Dostal  &  Owen  (1998)  interpreted  these
rocks  (“lamprophyres”)  as  post-tectonic  intrusions  bound  to
reactivation of deep faults during the Early Cretaceous.

The studied locality (N49° 39.575’, E18° 09.176’, altitude

317 m a.s.l.) is an old quarry situated 2 km north of the town
of Příbor on the western slope of the Hončova hůrka Hill. The
quarry is situated in a nappe relic of the Silesian Unit, which
overlies the Subsilesian Unit. A dominating part of the quarry
is formed by black-green effusive rocks belonging to peridot-
ite picrite, which often exhibits the porphyric and/or amygdal-
oid  texture  (Kudělásková  1987;  Matýsek  1989).  The  contact
with clastic sediments (dark claystones with interpositions of
sandy limestones) of the Hradiště Formation is exposed in the
S and SE wall, where thermal metamorphism gave rise to grey
calcareous contact hornfels. Throughout the whole quarry, the
picrite  is  strongly  altered.  Phenocrysts  of  primary  mafic
minerals, olivine, clinopyroxene, biotite as well as the ground-
mass  (taking  25—36,  13—44,  1—6,  and  16—35 vol. %,  respec-
tively;  Kudělásková  1987)  are  partly  or  completely  changed
into a mixture of chlorite, serpentine and carbonate. Chemical
compositions  of  three  rock  samples  that  differ  in  degree  of
alteration are given in Table 1. The hydration and carbonatiza-
tion  effects  are  marked  by  increased  loss  on  ignition  (up  to
17 wt. %),  calcium  (up  to  12 wt. %  CaO)  and  CO

2

  (up  to

7.8 wt. %).  By  contrast,  the  contents  of  magnesium  and  iron
are depleted in altered samples.

Both the picrite and sediments are cut by white to pinkish

hydrothermal  veinlets < 1  to  30 mm  thick  and  up  to  several
meters long. Laterally, the thickness is quite constant for in-
dividual veins. A NW-SE striking system of steep (55—85°)
veinlets has been recognized. The tectonic striae have never
been observed in the vein fill nor on the contact of the rock

Fig. 1. Geological position of the Hončova hůrka locality in the Outer Western Carpathian’s flysch nappe system.

background image

329

HYDROTHERMAL MINERALIZATION IN CRETACEOUS PICRITE (WESTERN CARPATHIANS, CZECH REPUBLIC)

and  vein.  There  are  no  open  drusy  cavities,  all  fissures  are
completely  cemented.  Brecciation  of  the  host  rocks  has
sometimes been observed.

Methods

The  electron  microprobe  analyses  of  minerals  were  per-

formed using a Cameca SX-100 microprobe at the Masaryk
University in Brno. For carbonate and silicate minerals, the
acceleration voltage of 15 kV, 20 nA beam current and beam
diameter  of  10 µm  (carbonates)  and  5 µm  (phyllosilicates),
respectively,  were  used.  For  sulphide  minerals,  voltage  of
25 kV,  beam  current  of  20 nA  and  beam  diameter  of  1 µm
were applied. The collected data were converted to wt. % us-
ing the automatic PAP procedure (Pouchou & Pichoir 1985).
Synthetic  phases  and  well-defined  minerals  have  been  used
as standards.

Fluid inclusions were investigated by means of petrography

and  optical  microthermometry  in  standard  doubly  polished
wafers and cleavage fragments. Primary (P), primary-second-
ary (PS) and secondary (S) inclusions were distinguished ac-
cording to the criteria given by Roedder (1984) and Shepherd
et  al.  (1985).  Microthermometric  parameters  were  measured
using  a  Linkam  THMSG  600  stage  at  Palacký  University,
Olomouc.  The  temperature  of  final  homogenization  (T

h

),

eutectic  temperature  (T

e

)  and  melting  temperature  of  ice

(T

m

ice)  were  measured.  The stage was calibrated with inor-

ganic standards and synthetic fluid inclusions. The reproduc-
ibility  is  within  0.1 °C  for  temperatures  between  —56.6  and
0 °C, and within 1 °C at 374.1 °C.

For bulk chemical analyses, the carbonate samples weigh-

ing  between  1  and  2 g  were  hand-picked  under  a  binocular
microscope and then pulverized in an agate mortar. The host
rock  was  powdered  in  an  epicyclic  mill  and  reduced  in
weight by quartering. Chemical analyses were performed in
the  ACME  Analytical  Laboratories,  Vancouver,  Canada.
Aliquots  for  heavy  metal  analyses  were  dissolved  in  hot

(95 °C)  aqua  regia  and  analysed  using  the  ICP-ES  method.
Other  determined  elements  including  refractory  metals  and
rare earth elements (REE) were analysed by ICP-MS in an-
other  sample  aliquot  decomposed  using  LiBO

2

  fusion  fol-

lowed by leaching in diluted (5%) HNO

3

. Reproducibility of

results is within 5—10 % based on repeated analyses. The Ce
and Eu anomalies were calculated using the equations given
by McLennan (1989).

Stable isotope analyses were conducted in the laboratories

of  the  Czech  Geological  Survey,  Prague,  using  a  Finnigan
MAT 251 mass spectrometer. The conversion of carbonates
to  CO

2

  was  made  by  reaction  with  100%  orthophosphoric

acid (McCrea 1950). For sulphur isotope analyses, the sam-
ples  were  firstly  decarbonatized  using  10%  HCl.  Sulphidic
sulphur in the insoluble residuum was converted to sulphate
using HNO

3

-HCl mixture (Jarchovský 1960), and precipitat-

ed as barium sulphate. The SO

2

 gas for sulphur isotope anal-

ysis  was  produced  by  heating  of  BaSO

4

  with  a  SiO

2

+ V

2

O

5

mixture  (Ueda  &  Krouse  1987)  at  1050 °C.  Results  of  iso-
tope analyses are conventionally expressed in delta (

δ) nota-

tion as per mil (‰) deviation from commonly used standards
(PDB, SMOW, CDT). Uncertainty is better than  ± 0.05, ± 0.1,
and  ± 0.2 ‰ for C, O and S isotopic composition, respective-
ly. The isotopic composition of the parent fluid was calculat-
ed using the equations published by O’Neil et al. (1969) and
Ohmoto  &  Goldhaber  (1997).  When  calculating  the  fluid
δ

13

C  value,  equations  for  H

2

CO

3

  and  HCO

3

  as  dominating

carbon species were used for temperatures above and below
~ 120 °C (cf. Matsuhisa et al. 1985), respectively.

For  strontium  isotope  determinations,  the  splits  of  pow-

dered  samples  used  for  trace  element  determinations  were
decomposed using HCl (carbonates) or HNO

3

-HCl-HF mix-

ture  (rocks).  Strontium  was  isolated  on  PP  columns  with
Sr.spec Eichrom resin. The Sr isotopic ratios were measured
using a Finnigan MAT 262 thermal ionization mass spectrom-
eter in dynamic mode using a double Re filament assembly in
the  isotope  laboratory  of  the  Czech  Geological  Survey,  Pra-
gue. The 

87

Sr/

86

Sr ratios were corrected for mass fractionation

to 

86

Sr/

88

Sr = 0.1194.  External  reproducibility  was  controlled

by  repeated  analyses  of  the  NBS  987  (

87

Sr/

86

Sr = 0.710247

± 26  (2

σ),  n=25)  isotopic  standard.  The  decay  constant  of

1.42*10

—11

 yr

—1

 was used for subsequent calculations (Steiger

& Jäger 1977).

Results

Mineralogy

Veins

The mineral composition of all veins is very simple, they

are  formed  only  by  carbonates.  We  have  not  recently  ob-
served  zeolite  minerals  (harmotome,  heulandite,  ferrierite)
described by Kudělásková et al. (1990). The claystone-host-
ed  veins  are  filled  by  white  coarse-crystalline  calcite  (iso-
metric grains up to 1 cm in size; sample HH-7). By contrast,
the picrite-hosted ~0.5 cm thick veinlets are formed by white
to  pinkish  fibrous  dolomite,  with  individual  fibres  arranged

Table 1: Chemical composition of selected samples from Hončova
hůrka. Analysis No. 44 is taken from Kudělásková (1987). LOI –
loss on ignition, F/FM – FeO/(FeO + MgO) weight ratio, n.d. – not
determined.

HH-4 44 HH-1  HH-3 

Sample 

Picrite Picrite Picrite Dol. 

II+magn 

P

2

O

5

 

  0.41 

  0.65 

  0.81 

  0.03 

SiO

2

 

39.09 

37.10 

35.58 

  0.75 

TiO

2

 

  1.87 

  2.15 

  2.66 

<0.01 

Al

2

O

3

 

  8.00 

11.60 

10.61 

<0.01 

Cr

2

O

3

 

  0.13 

n.d. 

  0.11 

  0.02 

FeO

 tot

 

11.25 

10.08 

  7.12 

  5.60 

MnO 

  0.16 

  0.18 

  0.11 

  0.04 

MgO 

21.00 

17.20 

  9.45 

24.55 

CaO 

  8.87 

12.20 

12.39 

19.50 

Na

2

  1.35 

  0.75 

  0.30 

  0.04 

K

2

  0.99 

  0.55 

  1.86 

<0.01 

LOI 

  5.00 

  6.50 

17.70 

46.70 

Total 

97.70 98.96 97.88  97.20 

CO

2

 

  1.28 

  4.28 

  7.81 

49.03 

S

 tot

 

  0.07 

n.d. 

  0.02 

<0.02 

F/FM 

  0.35 

  0.37 

  0.43 

  0.19 

 

background image

330

DOLNÍČEK, URUBEK and KROPÁČ

perpendicular  to  the  walls  of  the  vein  (sample  HH-5).  No
remnants  of  host  picrite  occur  within  the  vein.  The  WDX
analyses proved chemical homogeneity of the carbonate con-
taining  ~ 91,  ~ 8.5 and  ~ 0.5 mol % of dolomite, ankerite and
kutnohorite, respectively.

Amygdules

The  amygdules  are  distributed  highly  irregularly  in  the

host picrite: in some parts they are missing, in foamed por-
tions of rock the total volume of amygdules is much higher
than those of rock-forming picrite matrix. The sizes are vari-
able,  ranging  from  < 1 mm  up  to  1 m  (Rusek  &  Valošek
1968). The amygdules often display zonal texture and highly
variable mineral composition precluding the construction of
an  unified  paragenetic  sequence.  Rusek  &  Valošek  (1968)
described  dolomite,  ankerite,  calcite,  quartz,  chalcedony,
opal,  hematite,  barite,  celadonite,  chlorite,  goethite,  rutile,
and pyrite in the amygdule fill. Recently, we have studied in
a greater detail three samples that differ in size, texture and
mineral composition.

1) Sample  HH-1  consists  of  foamed  picrite  containing

~80 vol. % of white to pinkish spherical amygdules reaching
2—4 mm in diameter. All the amygdules are completely filled
up  by  minerals  and  often  exhibit  a  zonal  structure  (Fig. 2a).
The dominating constituent is dolomite showing an oscillatory
growth  zonality  in  BSE  image  (Fig. 2a).  It  contains  92—96,
3.7—7.5  and  ~ 0.3 mol %  of  dolomite,  ankerite  and  kutno-
horite molecules, respectively. Growth zonality of dolomite
is  highlighted  by  tiny  interpositions  or  inclusions  of  calcite
(Cal

93—98

Mag

0.7—4.3

Sid

0.1—1.8

Rdc

0.3—0.5

Str

0.1—0.3

).  The  youngest

central part of the amygdule is filled by either quartz (sample
HH-1) or calcite (sample HH-17).

2) Sample  HH-2  is  a  potato-shaped  amygdule  1.5 cm  in

diameter,  with  concentric  zonal  texture.  The  oldest  part  is
formed  by  pink-grey  hemispherical  aggregates  of  dolomite
with a spherulitic arrangement of strongly elongated dolomite
individuals. Compositional zonality has not been proved using
the  microprobe  (Dol

94.2—94.6

Ank

5.4—5.7

Ktn

0.2—0.4

).  Dolomite

aggregates are rimmed by dark brown 0.5—1 mm thick layers of
calcite I  (Cal

97.8

Mag

1.2

Sid

0.4

Rdc

0.4

Str

0.2

),  which  are  followed

by coarse-grained (up to 5 mm) rhombohedral crystals of co-
lourless to white quartz. In the central vug, white to colourless
rhombohedral crystals of calcite II are present.

3)  Sample  HH-3  represents  the  largest  ( ~ 15 cm  in  size)

and  mineralogically  most  interesting  amygdule  (Fig. 2b).
Macroscopically,  three  distinct  types  of  fill  can  be  distin-
guished. The oldest marginal part adjacent to the host rock is
composed of white to grey-pink middle-grained (0.5—1 mm)
dolomite I. The individual isometric crystals often show co-
lour zonation (milky white cores rich in fluid inclusions and
transparent rims much poorer in fluid inclusions). Microprobe
analyses showed a limited chemical variability (93—98 mol %
dolomite,  1.4—6.8 mol %  ankerite,  0.2—0.6 mol %  kutno-
horite).  The  growth  zonality  of  the  dolomite I  is  highlighted
by  2—3  interpositions  rich  in  irregularly  shaped  patches
(Fig. 2e) of a fine-grained green phyllosilicate, essentially iso-
tropic under crossed polars. The mineral resembles celadonite
suggested by Rusek & Valošek (1968), however, with respect

to its chemical composition (Table 2) showing generally low
contents of interlayer cations (0.61—0.75 apfu K+ Na+ Ba+ Ca)
it is classified as glauconite according to Rieder et al. (1997)
– Fig. 3c. Weathered glauconite becomes brown in thin sec-
tion and loses potassium (analyse No. 6 in Table 2).

The  central  part  of  the  amygdule  is  completely  filled  by  a

massive fine-grained carbonate whose colour is white-to-pink
in fresh parts and brown in partly weathered parts. Moreover,
this  material  also  fills  sporadic  fissures  within  marginal
dolomite I (Fig. 2b). In thin section, a mosaic of the very fine-
grained  (5—10 µm)  poorly  transparent  isometric  carbonate
grains  is  observed.  In  BSE  image,  two  spatially  distributed
mineral phases can be distinguished. The major lighter phase
is  dolomite II  (Dol

86.4—88.9

Ank

11.0—13.5

Ktn

0.0—0.1

),  whereas  the

minor darker one is magnesite (Mag

87.5—88.6

Sid

10.1—11.2

Cal

1.0—1.2

Rdc

0.0—0.1

).  The  bulk  chemical  composition  of  this  carbonate

mixture is given in Table 1. Based on Mg and Ca balance, the
central part of amygdule is composed of 72 and 28 (± 2) wt. %
of dolomite II and magnesite, respectively.

Spherical ball-like aggregates of greenish carbonate occur

locally in between the marginal dolomite I zone and central
fine-grained carbonate. Sometimes they are concentrated im-
mediately  along  the  contact,  sometimes  they  are  freely
“swimming”  in  the  fine-grained  dolomite-magnesite  matrix
(Fig. 2b).  Each  aggregate  exhibits  a  distinct  growth  zonality,
visible in both optical and electron microscopes (Fig. 2c). The
crystallization  started  usually  by  compositionally  homoge-
neous euhedral lenticular crystal of dolomite with lowermost
content  of  iron  (Dol

96.8

Ank

3.1

Ktn

0.1

).  An  irregular  grain  of

barite  was  observed  exceptionally  in  the  centre  of  this  dolo-
mite  crystal.  The  most  voluminous  remnants  of  the  aggre-
gate  are  constituted  by  well-elongated  individuals  of
carbonate oriented perpendicular to the surfaces of early do-
lomite  crystals.  The  carbonate  is  mostly  iron-richer
dolomite III  (Ank

3.3—7.0

Ktn

0.0—0.6

),  which  contains  tiny  (up  to

80 µm  thick)  interpositions  (Fig. 2c)  or  layers  of  discrete  in-
clusions  of  Mg-Fe-rich  carbonate  (Mag

38—48

Sid

38—44

Cal

13—18

Rdc

0.4—0.5

). The carbonate exhibits a detailed growth zonality

(Fig. 2d), with composition lying just around the border be-
tween  Mg-siderite  and  Fe-magnesite  in  the  classification
scheme of Trdlička & Hoffman (1975) – Fig. 3a. The green-
ish colour of the dolomite III is caused by spatially distributed
minute  worm-like,  fan-like  or  irregular  aggregates  of  chlo-
rite. This mineral also occurs in the interspace matrix within
clusters  of  the  described  ball-like  dolomite  aggregates
(Fig. 2f).  WDX  analyses  proved  trioctahedral  Fe-Mg  chlo-
rites (Table 2). High Si contents (3.25—3.94 apfu) and variable
Fe/(Fe + Mg)  ratios  (0.49—0.66)  correspond  to  delessite  to
pennine (Melka 1965) – Fig. 3b. Finally, both the ball-like
dolomite aggregates and their interspace matrix contain rare
sulphide  grains,  represented  by  up  to  60 µm  large  spherical
grains  of  older  pyrite  and  up  to  250 µm  long  needles  of
younger millerite (Fig. 2f). Pyrite contains elevated contents
of  Ni  (1.3—1.9 wt. %),  Co  (0.2—0.4 wt. %)  and  Cd  (0.15—
0.18 wt. %),  millerite  contains  increased  Fe  (0.9—2.0 wt. %)
and  Co  (0.2—0.5 wt. %).  The  contents  of  Ag,  Zn,  As,  Se,  In
and Mn are below the detection limits of the microprobe.

Fluorite  was  rarely  found  to  occur  as  irregular  coarse-

grained  aggregate  at  the  contact  of  picrite  and  central  fine-

background image

331

HYDROTHERMAL MINERALIZATION IN CRETACEOUS PICRITE (WESTERN CARPATHIANS, CZECH REPUBLIC)

Fig. 2. Textural features and mineral paragenesis of hydrothermal mineralization from Hončova hůrka. a – Compositionally zonal fill of
an amygdule hosted by sample HH-1. Do – dolomite, Cc – calcite, Q – quartz. BSE image. b  Three populations of carbonate hosted
by amygdule HH-3. Early dolomite I (Do1) contains interpositions formed by glauconite (Glc) and is cut by a tiny veinlet composed of do-
lomite II+ magnesite (Do2+ Mg) filling also the central part of the amygdule. The spherical aggregates of dolomite III (Do3) are distributed
mainly along the contact of both above mentioned phases. c – Growth zonality of carbonates. The crystallization of dolomite III (Do) was
broken by interposition of Fe-rich magnesite to Mg-rich siderite (Mg—Fe). The white dots are small pyrite grains. Sample HH-3, BSE im-
age. – Detailed growth zonality of Fe-rich magnesite to Mg-rich siderite (Mg—Fe) from figure c.  Irregular aggregates of glauconite
(Glc) enclosed within dolomite I (Do). Sample HH-3, BSE image. f – Fine-grained aggregate of chlorite (Chl) enclosed in dolomite III
(Do) contains rounded pyrite grains (Py) which are overgrown by millerite (Mi). Sample HH-3, BSE image. All BSE images were made by
M. Dosbaba and P. Gadas.

background image

332

DOLNÍČEK, URUBEK and KROPÁČ

grained carbonate matrix (sample PG, leg. P. Gadas). Fluo-
rite  grains  up  to  1 cm  in  diameter  are  colourless,  white  and
light violet in colour.

Fluid inclusions

Fluid  inclusions  suitable  for  microthermometric  analysis

were found in quartz, fluorite and carbonate from both vein
and amygdule mineralizations (Table 3).

Table 2: Representative microprobe analyses of vein glauconite (anal. No. 1—5 fresh glauconites, No. 6 weathered one) and chlorite (anal.
No. 7—10) from Hončova hůrka. The empirical formulae have been calculated for 11 and 14 anions per formula unit for glauconite and chlo-
rite, respectively.

 

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

P

2

O

5

 

0.06 0.08 0.02 0.05  n.d. 0.22 0.19 0.27 0.19 0.04 

SiO

2

 

49.68 50.18 52.30 51.31 53.27 50.68 37.07 36.66 37.53 31.37 

TiO

2

 

0.01 0.00 0.01 0.02 0.02 0.00 0.07 0.06 0.06 0.00 

Al

2

O

3

 

8.26 8.12 9.25 9.43 7.84 12.37 9.13 9.73 9.59 14.50 

Cr

2

O

3

 

0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.03 0.02 0.00 0.02 0.04 

FeO

tot

 

18.66 19.32 17.61 17.84 18.29  6.87 31.14 32.11 31.68 27.15 

MgO 

4.58 4.83 4.71 4.55 7.86 15.07 9.42 9.27 9.53 14.83 

MnO 

0.00 0.02 0.00 0.02 0.03 0.05 0.02 0.00 0.02 0.02 

CaO 

0.51 0.56 0.75 0.55 0.53 1.21 1.63 1.26 1.06 0.74 

BaO 

0.00 0.01 0.00 0.02  n.d. 0.03 0.00 0.05 0.00 0.01 

NiO 

0.07 0.06 0.02 0.08  n.d. 0.08  n.d.  n.d.  n.d. 0.19 

ZnO 

0.02 0.04 0.00 0.00 0.01 0.02 0.00 0.04 0.04 0.07 

Na

2

0.04 0.07 0.03 0.06 0.08 0.30 0.10 0.08 0.08 0.03 

K

2

7.46 7.09 7.19 7.14 6.35 0.96 0.17 0.14 0.13 0.01 

Cl 

0.04 0.04 0.04 0.05 0.03 0.09 0.02 0.01 0.00 0.02 

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 

Total 

89.40 90.43 91.92 91.12 94.30 87.75 88.97 89.69 89.94 89.01 

0.004 0.005 0.001 0.003 

 0.013 0.017 0.024 0.017 0.004 

Si 

3.648 3.640 3.698 3.667 3.666 3.546 3.906 3.846 3.904 3.268 

Ti 

0.001 

 

 0.001 0.001 

 0.005 0.005 0.004 

 

Al 

0.715 0.695 0.771 0.794 0.636 1.020 1.134 1.203 1.176 1.780 

Cr 

 

0.001    

0.002 

0.002  

0.002 

0.003 

Fe

3+

 

1.146 1.172 1.041 1.066 1.053 0.402 

 

 

 

 

Fe

2+

 

      

2.744 

2.817 

2.756 

2.366 

Mg 

0.501 0.522 0.497 0.485 0.806 1.572 1.479 1.450 1.478 2.304 

Mn 

 0.001 

 0.001 0.002 0.003 0.001 

 0.002 0.002 

Ca 

0.040 0.043 0.057 0.042 0.039 0.091 0.184 0.141 0.118 0.082 

Ba 

   

0.001  

0.001  

0.002   

Ni 

0.004 0.003 0.001 0.005 

 0.005 

 

 

 0.016 

Zn 

0.001 

0.002    

0.001  

0.003 

0.003 

0.005 

Na 

0.006 0.010 0.004 0.008 0.010 0.041 0.020 0.017 0.016 0.005 

0.699 0.656 0.649 0.651 0.558 0.085 0.022 0.019 0.017 0.001 

Cl 

0.005 0.005 0.005 0.006 0.004 0.011 0.003 0.002 

 0.004 

Catsum 

6.765 6.749 6.718 6.724 6.771 6.781 9.515 9.528 9.493 9.836 

 

Sample  Sample type 

Mineral 

FI type 

Phase composition 

T

h

 (L+V) 

T

f

 

T

e

 

T

m

 ice 

Salinity 

HH-1 

Amygdule Dolomite P 

L, 

L+V 

62–89 

–36/–45 n.d. 

–1.5/–1.9 

2.6–3.2 

  

  

Calcite 

L, rarely L+V 

n.d. 

–36/–45 

–37 

–1.2/–1.9 

2.1–3.2 

HH-2 

Amygdule Quartz  P 

L+V, 

56–>250 

–37/–43 

–34/–38 

–0.3/–2.2 

0.5–3.7 

  

  

Calcite II 

L, rarely L+V 

n.d. 

–45 

n.d. 

–0.2 

0.4 

  

  

Dolomite 

 

–36/–42 

n.d. 

–0.1/–1.2 

0.2–2.1 

HH-3 

Amygdule Dolomite 

L+V 

106–131 

–37/–46 –35 

–0.4/–1.0 

0.7–1.7 

  

  

Dol. II+magn 

L+V, L 

143–151 

–39/–44 

n.d. 

–1.1/–2.1 

1.9–3.5 

  

  

Dolomite III 

L+V, L 

60–125 

–37/–44 

–37 

–0.3/–1.5 

0.5–2.6 

  

  

  

PS–S? 

L, L+V 

60–110 

–35/–41 

n.d. 

–0.5/–1.2 

0.9–2.1 

HH-7 

Vein Calcite 

P, 

PS 

L, 

L+V 

56–88 

–35/–44 

–34/–37 

–0.2/–1.4 

0.4–2.4 

HH-17 

Amygdule Calcite  P 

L+V, 

110–125 

–34/–43 n.d. 

–0.8/–1.2 

1.4–2.1 

PG 

Amygdule 

Fluorite 

P, PS 

L+V, rarely L 

118–172 

–30/–45 

n.d. 

–0.2/–0.6 

0.4–1.1 

  

  

  

L, rarely L+V 

48 

–41 

n.d. 

–0.1 

0.2 

 

Table 3: Results of fluid inclusion microthermometry. Temperature parameters are in °C, salinity in wt. % NaCl eq.

Carbonate  (calcite,  dolomite)  samples  contain  abundant

primary fluid inclusions, which are often concentrated with-
in certain growth zones, whereas other zones are essentially
inclusion-free. Such a distribution of fluid inclusions is typi-
cal  especially  for  small  dolomite  amygdules  in  the  sample
HH-1, and the early dolomite I in sample HH-3. Primary flu-
id inclusions in some other samples (fluorite, dolomite III in
sample  HH-3)  exhibit  a  regular  three-dimensional  distribu-
tion  without  apparent  arrangement  along  growth  zones.

background image

333

HYDROTHERMAL MINERALIZATION IN CRETACEOUS PICRITE (WESTERN CARPATHIANS, CZECH REPUBLIC)

Fig. 3. Classification of some hydrothermal phases from Hončova hůrka and comparison with other teschenite/picrite hosted mineraliza-
tions. a – Carbonates of calcite group (Trdlička & Hoffman 1975). – Chlorites (Melka 1965). c – Glauconite (Rieder et al. 1998). Fig-
ure c’ represents the lateral view on 3D diagram, figure c” is top view along the cutting plane which is marked by dashed line in figure c’.
The comparative data (outlined by dotted line) are from Urubek & Dolníček (2008), Urubek et al. (2009) and Dolníček et al. (2010).

Quartz  HH-2  contains  irregular  clusters  of  fluid  inclusions,
which  are  situated  mostly  around  the  centre  of  the  crystal,
whereas  the  rims  are  essentially  inclusion-free.  Very  rare
solitary  fluid  inclusions  have  been  observed  in  fine-grained
dolomite II + magnesite mixture in sample HH-3 as well as in
late calcite crystal in sample HH-2.

Most primary inclusions show equant shapes and sizes rang-

ing  between  5  and  26 µm.  All  samples  contain  aqueous
inclusions only. At room temperature, a coexistence of one-
phase  (L-only)  and  two-phase  (L + V) inclusions with essen-
tially  constant  liquid-vapour  ratios    can  be  observed  in  most
samples (the volume of gaseous phase does not exceed ca. 5 %).
Both  types  of  fluid  inclusions  occur  together  within  the  same
structures  (clusters,  growth  zones,  etc.),  however,  the  abun-
dance of both compositional types varies significantly between
samples (Table 3). The absence of vapour bubbles is often ob-
served  in  smaller  ( < 10 µm)  inclusions  implying  that  metasta-
bility of the bubble nucleation could play a role. Few samples
contain  exclusively  the  L-only  inclusions  including  those  of
larger sizes (e.g. calcite HH-2, dolomite HH-2) suggesting very

low  trapping  temperatures  (below  ca.  50 °C;  Goldstein  &
Reynolds 1994). Irregularly shaped inclusions in quartz HH-2
exhibit a wider variability in liquid-vapour ratios (up to  ~ 30 %
of vapour phase), possibly caused by necking-down.

Homogenization temperatures of primary L+ V inclusions

in  carbonates  and  fluorite  range  between  56  and  172 °C
(Fig. 4a).  Quartz  HH-2  alone  exhibit  even  wider  spread  be-
tween 56 and  > 250 °C consistent with necked nature of fluid
inclusions.  In  all  samples,  the  inclusions  freeze  at  tempera-
tures from —34 to —45 °C. The vapour bubble was often elim-
inated  by  expanding  ice,  and  during  subsequent  heating  a
metastable  ice  melting  is  common.  In  such  cases,  the  fluid
inclusions have been artificially stretched by overheating to
~ 200—250 °C prior to cryometric runs. The rarely observed
eutectic temperatures are from —35 to —38 °C, suggesting the
NaCl-MgCl

2

-H

2

O  fluid  composition.  The  last  ice  melts  at

temperatures  between  —0.2  and  —2.2 °C  (Fig. 4b)  indicating
bulk  fluid  salinities  between  0.4  and  3.7 wt. %  NaCl  eq.
(Bodnar 1993). There are no systematic differences between
L-only  and  L+ V  fluid  inclusions  in  their  cryometric

background image

334

DOLNÍČEK, URUBEK and KROPÁČ

parameters, which support the idea about a metastable nature
of the liquid inclusions.

The  irregularly-shaped  secondary  fluid  inclusions  ar-

ranged along healed microfractures are sometimes present in
studied  samples.  They  have  generally  similar  microthermo-
metric parameters as the primary fluid inclusions (Table 3).

C, O, S and Sr isotopes

Eight samples of carbonates were analysed for carbon and

oxygen  isotope  compositions  (Table 4).  The 

δ

18

O  values

vary between —0.6 and —6.5 ‰ PDB, and the 

δ

13

C values are

between —4.5 and  + 1.6 ‰ PDB.

One  sample  of  sulphide  sulphur,  extracted  from  bulk

amygdule HH-3, showed the 

δ

34

S value as high as  + 1.1 ‰

CDT. Two attempts to collect a sufficient quantity of sulphur
compounds  for  isotope  analysis  from  host  rocks  were  not
successful.

Fig. 4.  Results  of  microthermometry  of  primary  and  primary-sec-
ondary fluid inclusions from Hončova hůrka. a – Histogram of ho-
mogenization temperatures of  L + V inclusions. b – Histogram of
temperatures of last ice melting. c – T

h

—T

m

ice plot. n – number of

measurements.

The 

87

Sr/

86

Sr ratios were determined in five carbonate sam-

ples  and  two  host  rocks  (Table 5).  The  lowest  present-day

87

Sr/

86

Sr ratios show both picrite samples (0.7045 and 0.7048

for the least and the most altered sample, respectively). All the
hydrothermal carbonates exhibit considerably higher 

87

Sr/

86

Sr

ratios between 0.7060 and 0.7068. The low values character-
ize  the  samples  from  picrite  host  rocks,  the  highest  one
originated from a vein calcite hosted by claystone.

Trace elements

Five  carbonate  separates  and  two  samples  of  host  picrite

have been analysed for trace elements (Table 6). Low contents
of  elements  incompatible  with  calcite  structure  (e.g.  Ga,  Zr,
Rb)  indicate  a  negligible  contamination  of  carbonates  by  the
host  rock  and/or  hydrothermal  silicate  mineral  phases.  Low
contents of heavy metals (except for Ni), low to moderate con-
tents of Ba (32—515 ppm) and moderate to high contents of Sr
(400—3700 ppm) were found in calcite and dolomite samples.
The  Ni  content  is  elevated  in  all  picrite-hosted  samples
(between 23 and 86 ppm), whereas the claystone-hosted calcite
contains only 1.5 ppm Ni.

The  two  host  rock  samples  exhibit  similar  chondrite-nor-

malized REE patterns although they differ in both degree of
alteration  and  total  REE  concentrations  (164  and  281 ppm
for  least  altered  and  strongly  altered  picrite,  respectively).
Both  samples  show  LREE-enriched  patterns  (La

N

/Yb

N

= 20

and  34)  without  any  Ce  and  Eu  anomalies  (Fig. 5).  In  con-
trast,  data  on  hydrothermal  carbonates  can  be  divided  into
two  subsets  differing  in  both  absolute  amount  of  REE  and
shape of normalized REE patterns. Group 1 is characterized
by  high  content  of  REE  (68—216 ppm)  and  LREE  enrich-
ment,  which  are  both  comparable  to  those  of  host  picrite.
The  Ce  and  Eu  anomalies  are  missing.  Group 2  contains
samples  showing  very  low  REE  contents  (0.12—0.93 ppm),
with  many  elements  below  detection  limit.  The  chondrite-
normalized  patterns  are  much  more  well-balanced  in  terms
of  LREE/HREE  ratio  (Fig. 5).  No  positive  Eu  anomalies  are
present but two of three samples exhibit a negative Ce anom-
aly (Ce/Ce* = 0.68 and 0.72).

Fig. 5. REE chondrite-normalized patterns of hydrothermal carbon-
ates  and  host  picrite.  Normalization  values  are  from  Anders  &
Grevesse (1989).

background image

335

HYDROTHERMAL MINERALIZATION IN CRETACEOUS PICRITE (WESTERN CARPATHIANS, CZECH REPUBLIC)

Table 4: Carbon and oxygen isotope composition of carbonates and 

δ

13

C and 

δ

18

O values of their parent fluids calculated for the given

temperature.

Table 5: Rb—Sr elemental and isotope data on samples from Hončova hůrka and calculated initial 

87

Sr/

86

Sr

i

 ratios for age of 120 Ma. The

Rb contents in parentheses represent the maximum possible value, for which the initial 

87

Sr/

86

Sr

i

 ratio was calculated.

Table 6: Trace element abundances in carbonate and picrite samples from Hončova hůrka. All values are in ppm. The contents of Ag, As,
Au, Be, Bi, Cd, Cs, Hg, Sb, Se, Sn, Tl and W in all samples were below or just around the detection limits ranging between 0.1 and 1 ppm.

Sample Sample 

type Mineral 

13

C carb.  

(‰ PDB) 

18

O carb. 

(‰ PDB) 

18

O carb.  

(‰ SMOW) 

Temperature 

(°C) 

13

C fluid 

(‰ PDB) 

18

O fluid   

(‰ SMOW) 

HH-1 

Amygdule 

Dolomite –3.7 –1.4 29.4  62–89 

–6.1/–6.8 

+2.9/+7.0 

HH-2 

Amygdule 

Dolomite –2.2 –0.6 30.3  30–50 

–5.8/–7.0 

–2.6/+1.6 

 

 Calcite 

II 

–4.5 

–5.8 

24.9 

30–50 

–7.9/–9.1 

–2.0/+1.7 

HH-3 

Amygdule Dolomite 

–3.4 

–0.6 

30.3 

106–131  –5.6/–6.5 

+10.0/+12.7 

 

 Dol. 

II+magn 

+1.6 

–0.7 

30.2 

143–151 

–0.5/–0.9 

+13.7/+14.4 

 

 Dolomite 

III 

–3.8 

–0.8 

30.1 

60–125 

–5.9/–6.9 

+3.2/+11.9 

HH-5 

Vein  Dolomite –0.6 –5.0 25.7  n.d.  n.d. n.d. 

HH-7 

Vein Calcite  –3.5 –6.5 24.2  56–88 

–5.7/–6.6 

+1.9/+6.3 

 

Sample 

Sample type 

Mineral 

Rb (ppm) 

Sr (ppm) 

87

Sr/

86

Sr

m

 

±2  

87

Sr/

86

Sr

i

 

HH-1 

Amygdule Dolomite 

1.0  1590  0.706586  0.000017  0.706583 

HH-3 

Amygdule 

Dolomite I 

(0.4) 

  400 

0.706521 

0.000020 

0.706516 

 

 Dol. 

II+magn 

(0.4) 

3700 

0.706000 

0.000018 

0.705999 

HH-5 

Vein Dolomite  (0.4) 

 

 

800 

0.705968 

0.000019 

0.705966 

HH-7 

Vein Calcite 

(0.4) 

3390 

0.706806 

0.000019 

0.706805 

HH-1 

Host rock 

Picrite 

34.7 

  900 

0.704780 

0.000019 

0.704590 

HH-4 

Host rock 

Picrite 

34.4 

  510 

0.704503 

0.000018 

0.704170 

 

Sample 

HH-4 HH-1 HH-1 HH-3  HH-3  HH-5 HH-7 

Mineral 

Picrite 

Picrite  Dolomite Dolomite 

I Dol. 

II+magn  Dolomite  Calcite 

Sample type 

Host rock 

Host rock 

Amygdule 

Amygdule 

Amygdule 

Vein 

Vein 

Ba 

606 

1150 

  515 

 262 

    86.9 

  74.7 

    32.1 

Co 

  95.6 

    50.7 

    66.7 

     1.4 

      4.1 

    0.5 

    <0.5 

Cu 

  37.8 

    50.1 

    16.7 

     0.5 

      0.1 

    0.2 

      0.4 

Ga 

  18.9 

    13.6 

   <0.5 

   <0.5 

    <0.5 

  <0.5 

    <0.5 

Hf 

    3.7 

      4.4 

   <0.5 

   <0.5 

    <0.5 

  <0.5 

    <0.5 

Mo 

    1.9 

      0.2 

   <0.1 

     0.5 

      0.2 

    0.8 

    <0.1 

Nb 

  61.9 

    86.6 

   <0.5 

   <0.5 

    <0.5 

  <0.5 

    <0.5 

Ni 

616 

  307 

    49.0 

   22.9 

    86.2 

  24.0 

      1.5 

Pb 

    1.8 

      1.5 

      1.4 

     0.1 

    <0.1 

    0.6 

      0.7 

Rb 

  34.4 

    34.7 

      1.0 

          <0.5 

    <0.5 

  <0.5 

    <0.5 

Sc 

  19 

    28 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

Sr 

510  

 

900 1590   

400 3700 

800  3390 

Ta 

    3.2 

      4.7 

    <0.1 

          <0.1 

    <0.1 

  <0.1 

    <0.1 

Th 

    4.2 

      9.2 

      0.9 

   <0.1 

      0.1 

  <0.1 

      0.2 

    1.8 

      2.3 

      0.8 

     1.9 

      1.4 

    0.3 

    <0.1 

200 

  250 

    39 

     7 

    16 

    6 

    <5 

Zn 

  72 

    51 

    45 

     3 

      7 

    4 

    <1 

Zr 

154 

  174 

      1.9 

     7.9 

      6.3 

    1.5 

    <0.5 

     

18.3  

    22.6 

    20.2 

     0.1 

      0.3 

    0.4 

    10.4 

La 

  36.3 

    70.3 

    52.9 

     0.4 

      0.1 

    0.3 

    12.4 

Ce 

  66.7 

  117 

    91.9 

     0.4 

    <0.1 

    0.4 

    26.6 

Pr 

    8.15 

    13.71 

    10.34 

     0.05 

    <0.02 

    0.06 

      3.44 

Nd 

  32.0 

    51.7 

    38.2 

   <0.3 

    <0.3 

  <0.3 

    15.0 

Sm 

    5.59 

      8.78 

      6.23 

   <0.05 

    <0.05 

  <0.05 

      3.12 

Eu 

    1.81 

      2.76 

      2.05 

   <0.02 

    <0.02 

  <0.02 

      0.98 

Gd 

    4.86 

      6.76 

      5.64 

     0.08 

    <0.05 

  <0.05 

      3.03 

Tb 

    0.72 

      1.00 

      0.86 

   <0.01 

      0.01 

    0.01 

      0.46 

Dy 

    3.45 

      4.90 

      3.86 

   <0.05 

    <0.05 

    0.07 

      1.88 

Ho 

    0.66 

      0.78 

      0.61 

   <0.02 

    <0.02 

  <0.02 

      0.29 

Er 

    1.60 

      1.85 

      1.50 

   <0.03 

    <0.03 

  <0.03 

      0.61 

Tm 

    0.24 

      0.28 

      0.19 

   <0.01 

      0.01 

    0.01 

      0.08 

Yb 

    1.27 

      1.38 

      1.17 

   <0.05 

    <0.05 

  <0.05 

      0.42 

Lu 

    0.19 

      0.19 

      0.16 

   <0.01 

    <0.01 

    0.01 

      0.06 

REE 

164 

  281 

  216 

     0.93 

      0.12 

    0.86 

    68.4 

La

N

/Yb

N

 

  19.8 

    35.3 

    31.4 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

    20.5 

Ce/Ce* 

    0.93 

      0.90 

      0.94 

     0.68 

n.d. 

  0.72 

      0.98 

Eu/Eu* 

    1.06 

      1.09 

      1.05 

  n.d. 

n.d. 

n.d. 

      0.97 

 

background image

336

DOLNÍČEK, URUBEK and KROPÁČ

Discussion

Source of hydrothermal fluids

The available geochemical data offer several lines of evi-

dence  that  the  major  source  of  parent  hydrothermal  fluids
was not related to the host picrite:

Salinity  of  hydrothermal  fluid.  It  is  well  documented  that

silicic magma can exsolve hydrosaline fluid phase during crys-
tallization (e.g. Burnham 1979; Cline & Bodnar 1991; Webster
2004).  The  actual  fluid  salinity  depends  on  (i)  pressure  (i.e.
depth of intrusion) and (ii) progress in magmatic crystallization
(Cline  &  Bodnar  1991;  Fall  et  al.  2007).  At  pressures  about
0.5 kbars  (i.e.  in  shallow  settings),  the  salinity  of  the  earliest
magmatic fluid is low and it increases rapidly during crystalliza-
tion. At pressures about 1.3 kbars the salinity shows only minor
changes towards higher values at the end of crystallization. In
deep (pressures higher than ca. 2 kbars) systems the first fluid
exsolved from the melt has high salinity and salinity decreases
as crystallization proceeds. If the fluids at Hončova hůrka were
magmatic  in  origin,  then  the  observed  occurrence  of  low-sa-
linity solutions (that have to operate during the final stage of
magmatic crystallization) would indicate the deep-seated high-
pressure  conditions  (in  depth  at  least  20 km  under  hydrostatic
conditions).  However,  the  occurrence  of  carbonate-rich  sedi-
ments in the surroundings of the picrite body indicates that the
seafloor  was  situated  well  above  CCD  at  Hončova  hůrka  site
( ~ 4—5 km at maximum, cf. van Andel Tjeerd 1975 in Kiss et al.
2008).  Thus  the  magmatic  model  alone  is  incompatible  with
observed  data  and  geological  situation,  and  alternative  fluid
source(s)  must  have  been  involved.  Mixing  of  two  fluid  end-
members  which  differ  in  temperature  and  salinity  can  be  in-
ferred  from  the  T

h

-T

m

ice  diagram  for  all  carbonate  samples

(Fig. 4c).  The  higher-salinity  fluid  endmember  could  possibly
be  seawater  as  is  indicated  from  salinity  reaching  up  to
~3.5 wt. % and the Na-Mg-Cl salt composition. The origin of
the  low-salinity  fluid  endmember  cannot  be  specified  from
salinity data alone, but meteoric water as the usually most avail-
able source could be safely rejected in our submarine setting.

δ

18

O  and 

δ

13

C  of  the  hydrothermal  fluid.  The  fluid 

δ

18

O

and 

δ

13

C  characteristics  have  been  calculated  from  mineral

δ

18

O and 

δ

13

C data using the measured homogenization tem-

peratures  or  estimated  crystallization  temperatures  (Table 4).
It should be noted that the use of pressure-uncorrected T

h

 val-

ues leads to underestimated fluid 

δ

18

O and 

δ

13

C values. Fortu-

nately  the  low-pressure  systems  need  only  insignificant
correction.  At  Hončova  hůrka  the  pressure  does  not  exceed
500 bars  ( = depth  of  5 km  under  hydrostatic  conditions).  A
more detailed quantification is not possible from the available
data. If the pressure attained the maximum value of 500 bars,
then the measured T

h

 values need to be shifted by 15—25 °C to

obtain  real  trapping  temperatures  (Flincor  software;  Brown
1989).  Such  an  increase  of  temperature  shifts  both  the  fluid
δ

18

O and 

δ

13

C values by 2.0—2.5 and 0.5—1.5 ‰, respectively.

These (maximum possible) shifts do not affect the interpreta-
tion of carbon and water sources indicated below.

The fluid 

δ

18

O values are widely scattered between ~ 0 and

~+14 ‰  SMOW  overlapping  significantly  the  range  of
magmatic  waters  ( + 5  to  + 10 ‰  SMOW;  Sheppard  1986).

The  observed  variability  of 

δ

18

O  values  could  be  explained

by 1) highly variable exchange of oxygen between rocks and
fluid  phase,  or  2)  mixing  of  two  (or  more)  fluids  with  con-
trasting isotope compositions (e.g. seawater with a near-zero
δ

18

O  value  could  mix  with  metamorphic,  diagenetic  or  or-

ganic waters with highly positive 

δ

18

O values; cf. Sheppard

1986). In the given geological setting the generation of “di-
agenetic” low-salinity waters has been documented in clay-
rich sedimentary sequences (cf. Polách et al. 2008; Dolníček
&  Polách  2009).  The  dewatering  of  clays  could  have  been
associated with burial compaction and/or heating-up caused
by intrusion of teschenite/picrite magma.

Most  samples  show  a  limited  range  of  calculated  fluid

δ

13

C values (—6 to —9 ‰ PDB; Table 4) which largely over-

lap  the  values  typical  of  “magmatic”  carbon  (—5  to  —8 ‰
PDB;  Hoefs  1997).  However,  the  same  range  exhibits  also
“carbon  of  the  homogenized  Earth’s  crust”,  averaged  from
various  crustal  sources  during  fluid  evolution.  Nevertheless
the influence of external sources is manifested by near-zero
fluid 

δ

13

C value of dolomite II from sample HH-3 indicating

the source of carbon in sedimentary carbonates (limestones).

REE signature of hydrothermal fluid. The REE data on hy-

drothermal  carbonates  cluster  in  two  internally  consistent
groups. Such a behaviour does not favour the interpretation
in  terms  of  crystallization  from  a  single  fluid  enriched  in
REE-complexing  ligands,  where  a  continuous  change  in
REE  patterns  of  precipitating  carbonates  can  be  expected
during crystallization. Rather, our data could reflect different
sources of REE in the hydrothermal fluids and/or interaction
with  different  rocks.  While  Group 1  samples  could  have
been inferred from host picrite, Group 2 shows REE concen-
trations and patterns typical of Cretaceous marine limestones
(Bellanca  et  al.  1997;  Temur  et  al.  2009).  The  negative  Ce
anomaly  in  Group 2  samples  could  reflect  the  presence  of
seawater in the hydrothermal system (McLennan 1989); or a
signature inherited from limestones.

Fig. 6. 

87

Sr/

86

Sr

i

 vs. 1000/Sr plot for carbonate and picrite samples

from Hončova hůrka.

background image

337

HYDROTHERMAL MINERALIZATION IN CRETACEOUS PICRITE (WESTERN CARPATHIANS, CZECH REPUBLIC)

Sr isotope composition of hydrothermal fluid. Table 5 gives

the  “initial” 

87

Sr/

86

Sr

i

  ratios  calculated  for  age  of  120 Ma.

This age represents the solidification age of host igneous rock,
and  the  uppermost  possible  age  of  the  studied  mineralization.
Due to extremely low Rb/Sr ratios, the 

87

Sr/

86

Sr

i

 ratios  of  the

carbonate  samples  are  (within  the  analytical  uncertainty)
indistinguishable from the present-day 

87

Sr/

86

Sr values. The

87

Sr/

86

Sr

i

  ratios  of  all  hydrothermal  carbonates  are  much

higher (0.7060 to 0.7068) then those of host picrite (0.7042
and  0.7046)  thus  indicating  an  external  source  of  at  least  a
part of the strontium in the hydrothermal fluid. The possible
sources  of  more  radiogenic  strontium  are  (i)  Lower
Cretaceous seawater (

87

Sr/

86

Sr = 0.7071 to 0.7075; Veizer et

al. 1999), (ii) marine limestones occurring in rock sequences
of the Silesian Unit, and/or (iii) siliciclastic sedimentary rocks.
The  probable  influence  of  more  then  two  sources  of  stron-
tium  is  indicated  by  a  lack  of  correlation  between 

87

Sr/

86

Sr

and 1000/Sr (Fig. 6).

Evidence for interaction with host picrite

As  indicated  above,  many  mineral-forming  elements  and

major part of fluid phase have been derived out of the picrite
body. However, the picrite body served not only as a suitable
conduit for fluid flow and site for the associated precipitation
of mineral phases, but there is evidence that the igneous rock
has also actively interacted with hydrothermal fluids.

Picrite alteration and the nature of hydrothermal mineral-

ization.  The  nature  and  mineral  composition  of  secondary
phases  in  host  picrite  are  similar  to  those  in  the  studied
amygdule and vein parageneses: in both cases phyllosilicates
and  carbonates  predominate.  Therefore,  it  is  probable  that
pervasive alteration of picrite was coeval with hydrothermal
activity  giving  rise  to  the  open-space  mineralization  (cf.
Kudělásková et al. 1990). Two specific features can further
support this opinion. 1) The vein and amygdule mineraliza-
tion is characterized by a pronounced enrichment in magne-
sium.  The  iron-poor  dolomite  as  a  dominating  gangue
mineral  as  well  as  the  presence  of  magnesite  is  not  known
from other sites in the sub-Beskydy magmatic province. The
occurrence  of  these  phases  is  coupled  with  an  increase  of
FeO/(FeO + MgO)  ratio  from  0.35  to  0.43  during  increasing
intensity of picrite alteration (Table 1) implying that magne-
sium was preferentially leached from the rock by circulating
fluids. 2) The mineralization at Hončova hůrka contains ele-
vated contents of Ni in pyrite and carbonates. In addition, a
trace amount of millerite is described for the first time here.
The Ni-enrichment of the fluid phase is coupled with Ni-de-
pletion of altered rocks (Table 6), again suggesting a source
of this element in the host rock (olivine in the sample HH-4
contains  up  to  0.23 wt. %  NiO;  unpubl.  microprobe  data  of
the authors). Both the above mentioned findings are unique
for  the  Hončova  hůrka  site  only.  This  can  evoke  an  idea
about  low  water-rock  ratio  during  alteration/mineralization
process in order to allow the increasing Mg and Ni concen-
tration in the fluid to the level at which the Mg- and Ni-rich
phases  can  precipitate.  However  the  available  data  on  fluid
salinity and REE fractionation from Hončova hůrka are com-
parable to those from other (teschenite/picrite-hosted and do-

lomite-magnesite-millerite  free)  mineralizations  (cf.  Polách
2008; Urubek 2009) suggesting that hydration reactions did
not shift the contents of both salts and strong REE-complex-
ing  ligands  in  the  remaining  fluid  phase.  This  behaviour
would  favour  the  open-system  fluid  circulation  and  higher
water-rock ratios (cf. Dolníček et al. 2010; Kiss et al. 2008).

δ

34

S of the hydrothermal fluid. The near-zero 

δ

34

S value of

fluid-precipitated sulphides is compatible with mantle-derived
sulphur  (Hoefs  1997),  which  could  have  been  leached  from
the  host  picrite.  However,  it  must  be  noted  that  such  a 

δ

34

S

value can also be generated by a variety of other processes.

Conclusion

The  vein  and  amygdule  mineral  assemblages  hosted  by  a

submarine  effusive  body  of  Lower  Cretaceous  picrite  at
Hončova  hůrka  Hill  exhibit  largely  similar  fluid  inclusion
and geochemical parameters although they can differ signifi-
cantly in mineral compositions and texture. This suggests that
they  are  related  to  the  same  mineralizing  event.  Besides  the
dominating dolomite, magnesite, siderite, quartz, calcite, chlo-
rite, glauconite, fluorite, barite, pyrite and millerite were also
identified. The parent fluids are characterized by variable but
generally low temperatures (< 50—170 °C), low salinities (0.4
to 3.7 wt. %), low content of strong REE-complexing ligands,
near-zero to highly positive (up to  + 14 ‰ SMOW) 

δ

18

O val-

ues, near-zero to negative (down to —9 ‰ PDB) 

δ

13

C values,

near-zero 

δ

34

S value, and initial 

87

Sr/

86

Sr ratios much more ra-

diogenic  (0.7060  to  0.7068)  than  those  of  the  host  picrite
(0.7042  and  0.7046).  These  data  are  inconsistent  with  an
orthomagmatic  picrite-related  origin  of  the  parent  fluids,
which  are  interpreted  to  be  predominantly  of  external  origin
derived by mixing of seawater with diagenetic waters, the lat-
ter  produced  by  dewatering  of  clay  minerals  in  associated
flysch  sediments.  The  isotope  and  REE  signatures  indicate
interaction  of  at  least  a  part  of  the  fluids  with  sedimentary
carbonates prior to mineral precipitation. The interaction of
the fluids with the host picrite led to strong alteration of the
rock and leaching of some elements (Mg, Ni, S, partly also
REE) that participated later during precipitation of vein- and
amygdule-hosted hydrothermal phases.

Acknowledgments:  The  study  was  supported  by  Project
GAČR 205/07/P130. M. Dosbaba and P. Gadas (MU Brno)
are  thanked  for  assistance  during  microprobe  work.  Special
thank  is  to  P.  Gadas  for  providing  the  fluorite  sample.  The
isotope  analyses  conducted  by  I.  Jačková,  Z.  Lněničková,
V. Janoušek and V. Erban (ČGS Praha) are highly appreciat-
ed.  Constructive  comments  by  three  journal  reviewers
(V.  Hurai,  F.  Molnár  and  an  anonymous  one)  helped  to
improve the initial draft of the manuscript.

References

Anders E. & Grevesse N. 1989: Abundances of the elements: Mete-

oritic and solar. Geochim. Cosmochim. Acta 53, 197—214.

Bellanca A., Masetti D. & Neri R. 1997: Rare earth elements in lime-

stone/marlstone couplets from the Albian-Cenomanian Cismon

background image

338

DOLNÍČEK, URUBEK and KROPÁČ

section (Venetian region, northern Italy): assessing REE sensi-
tivity to environmental changes. Chem. Geol. 141, 141—152.

Bernard J.H., Čech F., Dávidová Š., Dudek A., Fediuk F., Hovorka

D., Kettner R., Koděra M., Kopecký L., Němec D., Paděra K.,
Petránek J., Sekanina J., Staněk J. & Šímová M. 1981: Mineral-
ogy of the Czechoslovakia. Academia, Praha, 1—615 (in Czech).

Bodnar  R.J. 1993:  Revised  equation  and  table  for  determining  the

freezing  point  depression  of  H

2

O-NaCl  solutions.  Geochim.

Cosmochim. Acta 57, 683—684.

Brown Ph.E. 1989: FLINCOR: A fluid inclusion data reduction and

exploration program. Second biennial Pan-American conference
on research on fluid inclusions, program with abstracts
, 14.

Burnham C.W. 1979: Magmas and hydrothermal fluids. In: Barnes

H.L.  (Ed.):  Geochemistry  of  hydrothermal  ore  deposits.  2nd
ed. J. Wiley and Sons, New York, 71—136.

Cline  J.S.  &  Bodnar  R.J.  1991:  Can  economic  porphyry  copper

mineralization  be  generated  by  typical  calc-alkaline  melt?  J.
Geophys. Res.
 96, 8118—8126.

Dolníček  Z.  &  Polách  M.  2009:  Hydrothermal  mineralization  in

sandstones  of  Variegated  Godula  Member  at  the  locality
Bystrý  potok  (Moravskoslezské  Beskydy  Mts.).  Acta  Mus.
Moraviae, Sci. Geol.
 94, 97—110 (in Czech).

Dolníček Z., Kropáč K., Uher P. & Polách M. 2010 online: Mineralogi-

cal  and  geochemical  evidence  for  multistage  origin  of  mineral
veins hosted by teschenites at Tichá, Outer Western Carpathians,
Czech Republic. Chem. Erde. doi:10.1016/j.chemer.2010.03.003

Dostal  J.  &  Owen  J.V.  1998:  Cretaceous  alkaline  lamprophyres

from  northeastern  Czech  Republic:  geochemistry  and  petro-
genesis. Geol. Rdsch. 87, 67—77.

Eliáš M. 1970: Lithology and sedimentology of the Silesian Unit in

the  Moravskoslezské  Beskydy  Mts.  Sborn.  Geol.  Věd,  Geol.
18, 7—99 (in Czech).

Fall A., Bodnar R.J., Szabó Cs. & Pál-Molnár E. 2007: Fluid evolu-

tion  in  the  nepheline  syenites  of  the  Ditrău  Alkaline  Massif,
Transylvania, Romania. Lithos 95, 331—345.

Goldstein R.H. & Reynolds T.J. 1994: Systematics of fluid inclusions

in diagenetic minerals. Soc. Sed. Geol., Short Course 31, 1—199.

Grabowski J., Krzeminski L., Nescieruk P., Szydlo A., Paszkowski

M.,  Pécskay  Z.  &  Wójtowicz  A.  2003:  Geochronology  of  te-
schenitic  intrusions  in  the  Outer  Western  Carpathians  of  Po-
land  –  constraints  from 

40

K/

40

Ar  ages  and  biostratigraphy.

Geol. Carpathica 54, 385—393.

Hoefs J. 1997: Stable isotope geochemistry. 4th ed. Springer Ver-

lag, Berlin, New York, 1—244.

Hovorka D. & Spišiak J. 1988: Mesozoic volcanism in the Western

Carpathians. Veda, Bratislava, 1—263 (in Slovak).

Jarchovský J. 1960: Analysis of silicate rocks. SVTL, Bratislava, 1—238

(in Slovak).

Kiss G., Molnár F. & Palinkas L.A. 2008: Volcanic facies and hy-

drothermal processes in Triassic pillow basalts from the Darnó
Unit, NE-Hungary. Geol. Croatica 61, 2—3, 385—394.

Kudělásková J. 1987: Petrology and geochemistry of selected rock

types  of  teschenite  association,  Outer  Western  Carpathians.
Geol. Carpathica 38, 545—573.

Kudělásková J., Kudělásek V. & Matýsek D. 1990: Zeolites in pi-

crite of the teschenite association at the locality Hončova Hůr-
ka  near  Příbor  (Northern  Moravia).  Čas.  Mineral.  Geol.  35,
317—321 (in Czech).

Lucińska-Anczkiewicz  A.,  Villa  I.M.,  Anczkiewicz  R.  &  Ślaczka

A.  2002: 

40

Ar/

39

Ar  dating  of  alkaline  lamprophyres  from  the

Polish Western Carpathians. Geol. Carpathica 53, 45—52.

Matsuhisa  Y.,  Morishita  Y.  &  Sato  T.  1985:  Oxygen  and  carbon

isotope  variations  in  gold-bearing  hydrothermal  veins  in  the
Kushikino  mining  area,  southern  Kyushu,  Japan.  Econ.  Geol.
80, 283—293.

Matýsek D. 1989: Geochemical classification of rock of teschenite

association. Sborn. Věd. Prací Vys. Šk. Báň. Ostr. 35, 301—324
(in Czech).

McCrea J.M. 1950: On the isotopic chemistry of carbonates and a

palaeotemperature scale. J. Chem. Phys. 18, 849—857.

McLennan  S.M.  1989:  Rare  earth  elements  in  sedimentary  rocks:

influence  of  provenance  and  sedimentary  processes.  Rev.  in
Mineralogy
 21, 169—200.

Melka  K.  1965:  A  proposal  of  classification  of  chlorite  minerals.

Věst. Ústř. Úst. Geol. 40, 23—27 (in Czech).

Narębski W. 1990: Early rift stage in the evolution of western part

of the Carpathians: geochemical evidence from limburgite and
teschenite rock series. Geol. Carpathica 41, 521—528.

Ohmoto H. & Goldhaber M.B. 1997: Sulfur and carbon isotopes. In:

Barnes H.L. (Ed.): Geochemistry of hydrothermal ore deposits.
3rd ed. J. Wiley & Sons, New York, 517—611.

O’Neil  J.R.,  Clayton  R.N.  &  Mayeda  T.K.  1969:  Oxygen  isotope

fractionation in divalent metal carbonates. J. Chem. Phys. 51,
5547—5558.

Pacák  O.  1926:  Volcanic  rocks  at  the  northern  footwall  of  the

Moravské Beskydy Mts. Rozpr. Českosl. Akad. Věd Umění 35
(in Czech).

Plašienka D., Grecula P., Putiš M., Kováč M. & Hovorka D. 1997:

Evolution  and  structure  of  the  Western  Carpathians:  an  over-
view. In: Grecula P., Hovorka D. & Putiš M. (Eds.): Geological
evolution  of  the  Western  Carpathians.  Miner.  Slovaca–Mono-
graph
, Bratislava, 1—24.

Polách M. 2008: Hydrothermal mineralization in the eastern part of

the Moravskoslezské Beskydy Mts. (Outer West Carpathians).
MSc. Thesis, UP Olomouc, 1—74 (in Czech).

Polách M., Dolníček Z. & Malý K. 2008: Hydrothermal mineraliza-

tion at the locality Pindula near Frenštát pod Radhoštěm (Sile-
sian unit, Outer West Carpathians). Acta Mus. Moraviae, Sci.
Geol.
 93, 127—135 (in Czech).

Pouchou J. & Pichoir F. 1985: “PAP” procedure for improved quan-

titative microanalysis. Microbeam Anal. 20, 104—105.

Rieder M., Cavazzini G., D’Yakonov Y., Frank-Kamenetskii V.A.,

Gottardi  G.,  Guggenheim  S.,  Koval  P.V.,  Müller  G.,  Neiva
A.M.R., Radoslovich E.W., Robert J.L., Sassi F.P., Takeda H.,
Weiss Z. & Wones D.R. 1998: Nomenclature of the micas. Ca-
nad. Mineralogist
 36, 905—912.

Roedder E. 1984: Fluid inclusions. Rev. in Mineralogy 12, 1—644.
Rusek P. & Valošek Č. 1968: Hončova hůrka near Příbor – an in-

teresting mineralogical locality. Přírodověd. Sbor. k 60. výročí
Přírodověd. společnosti v Ostravě
 24, 79—88 (in Czech).

Shepherd T.J., Rankin A.H. & Alderton D.H.M. 1985: A practical

guide to fluid inclusion studies. Blackie, Glasgow and London,
1—239.

Sheppard S.M.F. 1986: Characterization and isotopic variations  in

natural waters. Rev. in Mineralogist 16, 165—183.

Smulikowski  K.  1929:  Les  roches  eruptives  de  la  zone  sub-

beskidique en Silesie et Moravie. Kosmos B 54, 749—850.

Spišiak J. & Hovorka D. 1997: Petrology of the Western Carpathians

Cretaceous  primitive  alkaline  volcanics.  Geol.  Carpathica  48,
113—121.

Steiger  R.H.  &  Jäger  E.  1977:  Subcommission  on  geochronology:

convention on the use of decay constants in geo- and cosmo-
chronology. Earth Planet. Sci. Lett. 36, 359—362.

Sušeň P. 2000: The Petřkovická Hůrka Hill near Valašské Meziříčí.

Minerál 8, 104—107 (in Czech).

Šmíd B. 1962: An overview of geology and petrography of rocks of

teschenite association from the northern footwall of the Besky-
dy Mts. Geol. Práce 63, 53—60 (in Czech).

Temur S., Orhan H. & Deli A. 2009: Geochemistry of the limestone

of Mortas Formation and related terra rossa, Seydisehir, Kon-
ya, Turkey. Geochem. Int. 47, 67—93.

Trdlička Z. & Hoffman V. 1975: Study of chemical composition of

background image

339

HYDROTHERMAL MINERALIZATION IN CRETACEOUS PICRITE (WESTERN CARPATHIANS, CZECH REPUBLIC)

vein  carbonates  from  Kutná  Hora  (ČSSR).  Freiberg.  Fors-
chungshefte
 6, 29—81 (in Germany).

Trundová A. 2004: Petrology of teschenites from selected localities

in the Moravskoslezské Beskydy Mts. MSc. Thesis, MU Brno
(in Czech).

Ueda  A.  &  Krouse  H.R.  1987:  Direct  conversion  of  sulphide  and

sulphate minerals to SO

2

 for isotope analyses. Geochem. J. 20,

209—212.

Urubek T. 2009: Hydrothermal mineralization in western part of the

Silesian  Unit  (Outer  Western  Carpathians:  genetic  aspects.
MSc. Thesis, UP Olomouc, 1—87 (in Czech).

Urubek  T.  &  Dolníček  Z.  2008:  Hydrothermal  mineralization  in

rocks  of  teschenite  association  from  Hodslavice  near  Nový
Jičín (Silesian unit, Outer West Carpathians).  Čas. Slez. Muz.
Opava (A)
 57, 21—30 (in Czech).

Urubek T., Dolníček Z. & Uhlíř D. 2009: Mineralogy and formation

conditions  of  the  hydrothermal  mineralization  in  picrite  from
Choryně  near  Valašské  Meziříčí  (Silesian  Unit,  Outer  Western
Carpathians).  Čas.  Slez.  Muz.  Opava  (A)  58,  175—190  (in
Czech).

Veizer J., Ala D., Azmy K., Bruckschen P., Buhl D., Bruhn F., Carden

G.A.F., Diener A., Ebneth S., Godderis Y., Jasper T., Korte Ch.,
Pawellek  F.,  Podlaha  O.G.  &  Strauss  H.  1999: 

87

Sr/

86

Sr, 

δ

13

C

and 

δ

18

O evolution of Phanerozoic seawater. Chem. Geol. 161,

59—88.

Webster J.D. 2004: The exsolution of magmatic hydrosaline chlo-

ride liquids. Chem. Geol. 210, 33—48.

Wlodyka R. & Karwowski L. 2004: The alkaline magmatism from

the  Polish  Western  Carpathians.  Pol.  Tow.  Miner.,  Pr.  Spec.
24, 23—31.